JPH09324245A - 溶接構造用耐熱オーステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents
溶接構造用耐熱オーステナイト系ステンレス鋼Info
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- JPH09324245A JPH09324245A JP18929996A JP18929996A JPH09324245A JP H09324245 A JPH09324245 A JP H09324245A JP 18929996 A JP18929996 A JP 18929996A JP 18929996 A JP18929996 A JP 18929996A JP H09324245 A JPH09324245 A JP H09324245A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】800℃〜1000℃での耐酸化性と溶接性に
優れた溶接構造用耐熱オーステナイト系ステンレス鋼を
提供すること。 【解決手段】重量%で、C:0.12%以下、Si:
1.0%以下、Mn:5.0%以下、P:0.04%以
下、S:0.03%以下、Cr:14%〜22%、N
i:8%〜25%、Al:1.0%〜6.0%、N:
0.02%以下、Ca:0.001%〜0.010%、
Mg:0%〜0.05%(無添加の場合も含む)、Y、
La、Ceを合計含有量として0〜0.07%(無添加
の場合も含む)を含有し、残部がFeおよび不可避不純
物からなり、かつ以下の(1)式を満たす溶接構造用耐
熱オーステナイト系ステンレス鋼。 α=(1.5Si+Cr+3Al )−(0.5Mn +Ni+30C +30N )>5 …(1)
優れた溶接構造用耐熱オーステナイト系ステンレス鋼を
提供すること。 【解決手段】重量%で、C:0.12%以下、Si:
1.0%以下、Mn:5.0%以下、P:0.04%以
下、S:0.03%以下、Cr:14%〜22%、N
i:8%〜25%、Al:1.0%〜6.0%、N:
0.02%以下、Ca:0.001%〜0.010%、
Mg:0%〜0.05%(無添加の場合も含む)、Y、
La、Ceを合計含有量として0〜0.07%(無添加
の場合も含む)を含有し、残部がFeおよび不可避不純
物からなり、かつ以下の(1)式を満たす溶接構造用耐
熱オーステナイト系ステンレス鋼。 α=(1.5Si+Cr+3Al )−(0.5Mn +Ni+30C +30N )>5 …(1)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、火力発電用ボイラ
における非耐圧・非冷却部材等に代表される耐高温酸化
性が要求される溶接構造用の耐熱オーステナイト系ステ
ンレス鋼に関する。
における非耐圧・非冷却部材等に代表される耐高温酸化
性が要求される溶接構造用の耐熱オーステナイト系ステ
ンレス鋼に関する。
【0002】
【従来の技術】近年高温プラント技術の進歩に伴い、新
形式の複合発電プラント、すなわち石炭ガス化複合プラ
ント、PFBC(Pressurised Fluid
ized Bed Combustion、即ち、加圧
流動床燃焼)発電システム、トッピングサイクル等が提
案され、試験プラントの運転も行われている。これらの
新形式プラントにおいては、従来形式のボイラと異なり
蒸気管以外にも高温に曝される非冷却部材の範囲が大幅
に拡大され、最高1000℃程度で使用可能な非冷却部
材用の耐熱鋼も新たに求められている。
形式の複合発電プラント、すなわち石炭ガス化複合プラ
ント、PFBC(Pressurised Fluid
ized Bed Combustion、即ち、加圧
流動床燃焼)発電システム、トッピングサイクル等が提
案され、試験プラントの運転も行われている。これらの
新形式プラントにおいては、従来形式のボイラと異なり
蒸気管以外にも高温に曝される非冷却部材の範囲が大幅
に拡大され、最高1000℃程度で使用可能な非冷却部
材用の耐熱鋼も新たに求められている。
【0003】従来、高温部材用としては高温強度を主眼
とした鋼種開発がさかんに行われ、18Cr−8Ni系
ステンレス鋼がチューブ材として多用されている。その
主流はJIS SUS304H(18Cr−10Ni−
C)であり、更に、これにTiを加えたJIS SUS
321Hなどがあり、基本的には長期の安定性があると
されている18−8系で対応が可能であった。
とした鋼種開発がさかんに行われ、18Cr−8Ni系
ステンレス鋼がチューブ材として多用されている。その
主流はJIS SUS304H(18Cr−10Ni−
C)であり、更に、これにTiを加えたJIS SUS
321Hなどがあり、基本的には長期の安定性があると
されている18−8系で対応が可能であった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、一般に新形式
プラントにおける非冷却部等の部位は、使用温度が高
く、圧力容器中に格納される非耐圧部材として設計され
ている場合でも使用できる鋼種がほとんど見あたらな
い。
プラントにおける非冷却部等の部位は、使用温度が高
く、圧力容器中に格納される非耐圧部材として設計され
ている場合でも使用できる鋼種がほとんど見あたらな
い。
【0005】このような用途に対して18−8系を適用
しようとする場合には、特開昭53−63210号公報
などに開示されているように、耐高温酸化性を改善する
元素であるAl、Siを含有させたCr−Ni系ステン
レス鋼を適用することも考えられる。しかし、こうした
鋼種は、一定の構造強度が必要なプラント内構造部材と
しては、耐高温酸化性、溶接性という点において配慮が
十分とはいえない。
しようとする場合には、特開昭53−63210号公報
などに開示されているように、耐高温酸化性を改善する
元素であるAl、Siを含有させたCr−Ni系ステン
レス鋼を適用することも考えられる。しかし、こうした
鋼種は、一定の構造強度が必要なプラント内構造部材と
しては、耐高温酸化性、溶接性という点において配慮が
十分とはいえない。
【0006】また、特開平6−271992号公報には
耐酸化性が考慮された高Al含有鋼が開示されている。
しかし、ここに開示されている鋼は耐酸化性は考慮され
ているものの、溶接性という点において配慮が十分とは
いえない。
耐酸化性が考慮された高Al含有鋼が開示されている。
しかし、ここに開示されている鋼は耐酸化性は考慮され
ているものの、溶接性という点において配慮が十分とは
いえない。
【0007】一方、現在かかる目的のために用いられよ
うとしているJIS SUS310Sに代表される高価
な25Cr−20Ni系のオーステナイト系ステンレス
耐熱鋼は、溶接時の高温割れ感受性が高いことが問題で
ある。
うとしているJIS SUS310Sに代表される高価
な25Cr−20Ni系のオーステナイト系ステンレス
耐熱鋼は、溶接時の高温割れ感受性が高いことが問題で
ある。
【0008】したがって、現在の高温用技術において
は、このような耐高温酸化性、溶接性という点を同時に
満足する合金設計指針の確立が強く望まれている。本発
明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、800
℃〜1000℃での耐酸化性と溶接性に優れた溶接構造
用耐熱オーステナイト系ステンレス鋼を提供することを
目的とする。
は、このような耐高温酸化性、溶接性という点を同時に
満足する合金設計指針の確立が強く望まれている。本発
明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、800
℃〜1000℃での耐酸化性と溶接性に優れた溶接構造
用耐熱オーステナイト系ステンレス鋼を提供することを
目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、実際のプ
ラント運転における材料寿命が、特に高温酸化で決定さ
れる場合には耐繰り返し酸化性を考慮することが必須で
あるとの考え方に基づき、経済性に優れる18Cr−8
Ni系ステンレス鋼を出発点として種々の合金を試作
し、性能評価を繰り返した結果、単純酸化時とは異な
り、表面スケール層の組成が耐繰り返し酸化性にとって
重要であるとの知見を得た。すなわち、安価な耐酸化性
向上元素としてしばしば用いられるSiはむしろ有害で
あり、一方Alを一定量以上含有させることが有効であ
ることが判明した。
ラント運転における材料寿命が、特に高温酸化で決定さ
れる場合には耐繰り返し酸化性を考慮することが必須で
あるとの考え方に基づき、経済性に優れる18Cr−8
Ni系ステンレス鋼を出発点として種々の合金を試作
し、性能評価を繰り返した結果、単純酸化時とは異な
り、表面スケール層の組成が耐繰り返し酸化性にとって
重要であるとの知見を得た。すなわち、安価な耐酸化性
向上元素としてしばしば用いられるSiはむしろ有害で
あり、一方Alを一定量以上含有させることが有効であ
ることが判明した。
【0010】具体的には、表面スケール層の状態を詳細
に調査した結果、このスケールはCr、Al、Si等の
酸化物であり、これらの元素が全て同時に含有されてい
る場合は、環境側がCrが富化した状態、材料側すなわ
ち母材側がAlもしくはSiが富化した状態の酸化物と
なっていることが判明した。したがって、耐繰り返し酸
化性に及ぼすこれらの元素の効果の相違はスケールの組
成がもとらすもので、特にスケールと母相との熱膨張の
差によるものと推定される。例えば、SiO2の室温か
ら1000℃までの平均膨張率は0.5×10-6K-1と
低いが、Al2O3 の平均膨張率は8×10-6K-1であ
り、通常のステンレス鋼の20×10-6K-1に比較的近
い。そのため、温度変化時における母相と界面とで熱応
力に差が生じても、Al2 O3 被膜が剥離、脱落しにく
いため内質保護性が維持されるというメカニズムが考え
られる。さらに、スケール自体の保護性は、Cr単独の
酸化物の場合に比べ、Alが一定量以上加わったCrと
Alの複合酸化物の場合のほうが効果が大きいことがわ
かった。すなわち、母材にAlが1.0%以上含有され
た場合に形成されるスケールの保護性が、Cr単独の酸
化物よりなるスケールの保護性に比較して、著しく向上
することを新たに見出した。
に調査した結果、このスケールはCr、Al、Si等の
酸化物であり、これらの元素が全て同時に含有されてい
る場合は、環境側がCrが富化した状態、材料側すなわ
ち母材側がAlもしくはSiが富化した状態の酸化物と
なっていることが判明した。したがって、耐繰り返し酸
化性に及ぼすこれらの元素の効果の相違はスケールの組
成がもとらすもので、特にスケールと母相との熱膨張の
差によるものと推定される。例えば、SiO2の室温か
ら1000℃までの平均膨張率は0.5×10-6K-1と
低いが、Al2O3 の平均膨張率は8×10-6K-1であ
り、通常のステンレス鋼の20×10-6K-1に比較的近
い。そのため、温度変化時における母相と界面とで熱応
力に差が生じても、Al2 O3 被膜が剥離、脱落しにく
いため内質保護性が維持されるというメカニズムが考え
られる。さらに、スケール自体の保護性は、Cr単独の
酸化物の場合に比べ、Alが一定量以上加わったCrと
Alの複合酸化物の場合のほうが効果が大きいことがわ
かった。すなわち、母材にAlが1.0%以上含有され
た場合に形成されるスケールの保護性が、Cr単独の酸
化物よりなるスケールの保護性に比較して、著しく向上
することを新たに見出した。
【0011】一方、溶接性については、高温割れ感受性
を抑制する手段を種々検討した。一般にオーステナイト
系ステンレス鋼の高温割れ感受性は、凝固時に数%のデ
ルタフェライトを存在させることにより低下させること
ができる。
を抑制する手段を種々検討した。一般にオーステナイト
系ステンレス鋼の高温割れ感受性は、凝固時に数%のデ
ルタフェライトを存在させることにより低下させること
ができる。
【0012】そこで、Alを1.0%以上含有する系に
おいて、圧延時のデルタフェライト量を表わす式を実験
的に求めた。すなわち、以下の(1)式の関係を満たす
時に溶接部の高温割れ感受性を極めて低く抑制すること
ができることを見出した。
おいて、圧延時のデルタフェライト量を表わす式を実験
的に求めた。すなわち、以下の(1)式の関係を満たす
時に溶接部の高温割れ感受性を極めて低く抑制すること
ができることを見出した。
【0013】 α=(1.5Si+Cr+3Al )−(0.5Mn +Ni+30C +30N )>5 …(1) 本発明はこのような知見に基づいてなされたものであっ
て、第1に、重量%で、C:0.12%以下、Si:
1.0%以下、Mn:5.0%以下、P:0.04%以
下、S:0.03%以下、Cr:14%〜22%、N
i:8%〜25%、Al:1.0%〜6.0%、N:
0.02%以下、Ca:0.001%〜0.010%、
Mg:0%〜0.05%(無添加の場合も含む)、Y、
La、Ceを合計含有量として0〜0.07%(無添加
の場合も含む)を含有し、残部がFeおよび不可避不純
物からなり、かつ以下の(1)式を満たすことを特徴と
する溶接構造用耐熱オーステナイト系ステンレス鋼を提
供する。
て、第1に、重量%で、C:0.12%以下、Si:
1.0%以下、Mn:5.0%以下、P:0.04%以
下、S:0.03%以下、Cr:14%〜22%、N
i:8%〜25%、Al:1.0%〜6.0%、N:
0.02%以下、Ca:0.001%〜0.010%、
Mg:0%〜0.05%(無添加の場合も含む)、Y、
La、Ceを合計含有量として0〜0.07%(無添加
の場合も含む)を含有し、残部がFeおよび不可避不純
物からなり、かつ以下の(1)式を満たすことを特徴と
する溶接構造用耐熱オーステナイト系ステンレス鋼を提
供する。
【0014】第2に、重量%で、C:0.12%以下、
Si:1.0%以下、Mn:5.0%以下、P:0.0
4%以下、S:0.03%以下、Cr:14%〜22
%、Ni:8%〜25%、Al:1.0%〜6.0%、
N:0.02%以下、Ca:0.001%〜0.010
%、Mg:0%〜0.05%(無添加の場合も含む)、
Y、La、Ceを合計含有量として0〜0.07%(無
添加の場合も含む)を含有し、さらに、Ti:0.01
%〜0.5%、V:0.01%〜1.0%、Nb:0.
01%〜1.0%の1種または2種以上、B:0%〜
0.03%(無添加の場合も含む)、およびZr:0%
〜0.3%(無添加の場合も含む)を含有し、残部がF
eおよび不可避不純物からなり、かつ以下の(1)式を
満たすことを特徴とする溶接構造用耐熱オーステナイト
系ステンレス鋼を提供する。 α=(1.5Si+Cr+3Al )−(0.5Mn +Ni+30C +30N )>5 …(1)
Si:1.0%以下、Mn:5.0%以下、P:0.0
4%以下、S:0.03%以下、Cr:14%〜22
%、Ni:8%〜25%、Al:1.0%〜6.0%、
N:0.02%以下、Ca:0.001%〜0.010
%、Mg:0%〜0.05%(無添加の場合も含む)、
Y、La、Ceを合計含有量として0〜0.07%(無
添加の場合も含む)を含有し、さらに、Ti:0.01
%〜0.5%、V:0.01%〜1.0%、Nb:0.
01%〜1.0%の1種または2種以上、B:0%〜
0.03%(無添加の場合も含む)、およびZr:0%
〜0.3%(無添加の場合も含む)を含有し、残部がF
eおよび不可避不純物からなり、かつ以下の(1)式を
満たすことを特徴とする溶接構造用耐熱オーステナイト
系ステンレス鋼を提供する。 α=(1.5Si+Cr+3Al )−(0.5Mn +Ni+30C +30N )>5 …(1)
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明について具体的に説
明する。本発明に係る溶接構造用耐熱オーステナイト系
ステンレス鋼は、重量%で、C:0.12%以下、S
i:1.0%以下、Mn:5.0%以下、P:0.04
%以下、S:0.03%以下、Cr:14%〜22%、
Ni:8%〜25%、Al:1.0%〜6.0%、N:
0.02%以下、Ca:0.001%〜0.010%、
Mg:0%〜0.05%(無添加の場合も含む)、Y、
La、Ceを合計含有量として0〜0.07%(無添加
の場合も含む)を含有する組成を有する。また、さら
に、Ti:0.01%〜0.5%、V:0.01%〜
1.0%、Nb:0.01%〜1.0%の1種または2
種以上、B:0%〜0.03%(無添加の場合も含
む)、およびZr:0%〜0.3%(無添加の場合も含
む)を含有する組成を有する。
明する。本発明に係る溶接構造用耐熱オーステナイト系
ステンレス鋼は、重量%で、C:0.12%以下、S
i:1.0%以下、Mn:5.0%以下、P:0.04
%以下、S:0.03%以下、Cr:14%〜22%、
Ni:8%〜25%、Al:1.0%〜6.0%、N:
0.02%以下、Ca:0.001%〜0.010%、
Mg:0%〜0.05%(無添加の場合も含む)、Y、
La、Ceを合計含有量として0〜0.07%(無添加
の場合も含む)を含有する組成を有する。また、さら
に、Ti:0.01%〜0.5%、V:0.01%〜
1.0%、Nb:0.01%〜1.0%の1種または2
種以上、B:0%〜0.03%(無添加の場合も含
む)、およびZr:0%〜0.3%(無添加の場合も含
む)を含有する組成を有する。
【0016】以下に各成分を含有させた理由およびその
範囲を限定した理由を述べる。 C: Cは本発明鋼の母相の高温強さを与え、相安定性
に有効な元素であるが、0.12%を超えて含有する
と、結晶粒内を縦断する形で粗大な炭化物が析出するの
で、その含有量を0.12%以下とした。
範囲を限定した理由を述べる。 C: Cは本発明鋼の母相の高温強さを与え、相安定性
に有効な元素であるが、0.12%を超えて含有する
と、結晶粒内を縦断する形で粗大な炭化物が析出するの
で、その含有量を0.12%以下とした。
【0017】Si: Siは脱酸に有効な元素である
が、1.0%を超えて含有すると、表面の酸化被膜の母
材側がSiリッチとなって耐繰り返し酸化特性に有害と
なり、さらに溶接時の高温割れ感受性を高めるため、そ
の含有量を1.0%以下とした。
が、1.0%を超えて含有すると、表面の酸化被膜の母
材側がSiリッチとなって耐繰り返し酸化特性に有害と
なり、さらに溶接時の高温割れ感受性を高めるため、そ
の含有量を1.0%以下とした。
【0018】Mn: Mnは相安定性に有効な元素であ
るが、5.0%を超えて含有すると耐高温腐食性に有害
となるので、含有量を5.0%以下とした。 P: Pは粒界偏析して圧延時の延性を害する元素であ
って、その含有量は少ないほど良い。そこで、圧延時に
おける延性の低下による割れを防止するため、その含有
量を0.04%以下とした。
るが、5.0%を超えて含有すると耐高温腐食性に有害
となるので、含有量を5.0%以下とした。 P: Pは粒界偏析して圧延時の延性を害する元素であ
って、その含有量は少ないほど良い。そこで、圧延時に
おける延性の低下による割れを防止するため、その含有
量を0.04%以下とした。
【0019】S: SもP同様に、粒界偏析して圧延時
の延性を害する元素である。その含有量は少ないほど良
い。そこで、圧延時における延性の低下による割れを防
止するため、その含有量を0.03%以下とした。
の延性を害する元素である。その含有量は少ないほど良
い。そこで、圧延時における延性の低下による割れを防
止するため、その含有量を0.03%以下とした。
【0020】Cr: Crは高温での耐酸化性を与える
基本元素として重要である。その含有量が14%未満の
場合は、耐高温酸化性に有効なAlを含有しても耐高温
酸化性の大幅な向上を得ることができない。一方、22
%を超えて含有するとオーステナイト相の安定性を維持
するために、高価なNiを多量に必要とし経済性を損な
うようになり、しかも耐高温酸化性向上に対する寄与が
小さくなる。したがって、Cr含有量を14〜22%と
した。
基本元素として重要である。その含有量が14%未満の
場合は、耐高温酸化性に有効なAlを含有しても耐高温
酸化性の大幅な向上を得ることができない。一方、22
%を超えて含有するとオーステナイト相の安定性を維持
するために、高価なNiを多量に必要とし経済性を損な
うようになり、しかも耐高温酸化性向上に対する寄与が
小さくなる。したがって、Cr含有量を14〜22%と
した。
【0021】Ni: Niは、安定なオーステナイト組
織を得るために必須な元素である。その含有量は、他の
含有元素、特にCrとAlとの関係から8%以上を必要
とする。一方、Niの含有量が25%を超えると、オー
ステナイト安定化の効果が小さくなり、Ni量を増加し
てもCr等の耐高温酸化性を向上する元素を十分に添加
することができなくなる。また、Ni量を過剰に多くす
ると、フェライト相に対するオーステナト相の安定性が
過剰に高くなり、溶接時の高温割れ感受性を高めてしま
う。これらのため、Ni含有量を10〜25%とした。
織を得るために必須な元素である。その含有量は、他の
含有元素、特にCrとAlとの関係から8%以上を必要
とする。一方、Niの含有量が25%を超えると、オー
ステナイト安定化の効果が小さくなり、Ni量を増加し
てもCr等の耐高温酸化性を向上する元素を十分に添加
することができなくなる。また、Ni量を過剰に多くす
ると、フェライト相に対するオーステナト相の安定性が
過剰に高くなり、溶接時の高温割れ感受性を高めてしま
う。これらのため、Ni含有量を10〜25%とした。
【0022】Al: Alは単独では、酸化環境中でA
l2 O3 という非常に緻密な酸化物被膜を形成し、Cr
酸化物存在下ではその中に複合酸化物として含まれて、
酸化物の緻密性を高める。かかる場合の表面保護性は非
常に高く、優れた耐高温酸化性を与える元素である。し
かし、この耐高温酸化性の向上はAl量が1.0%未満
の場合は、ある程度の効果があるものの、大幅な効果は
みとめられない。ところが、Al量が1.0%以上にな
ると、耐高温酸化性は大幅に向上する。しかし、Alを
6.0%を超えて含有すると相安定性を維持するのが困
難となる。このためAlの含有量を1.0〜6.0%と
した。
l2 O3 という非常に緻密な酸化物被膜を形成し、Cr
酸化物存在下ではその中に複合酸化物として含まれて、
酸化物の緻密性を高める。かかる場合の表面保護性は非
常に高く、優れた耐高温酸化性を与える元素である。し
かし、この耐高温酸化性の向上はAl量が1.0%未満
の場合は、ある程度の効果があるものの、大幅な効果は
みとめられない。ところが、Al量が1.0%以上にな
ると、耐高温酸化性は大幅に向上する。しかし、Alを
6.0%を超えて含有すると相安定性を維持するのが困
難となる。このためAlの含有量を1.0〜6.0%と
した。
【0023】N: NはCと同様に、本発明鋼の母相の
高温強さを与え、相安定性に有効な元素であるが、0.
02%を超えて含有すると窒化物を形成し、靭性に有害
であることから、Nの含有量を0.02%以下とした。
高温強さを与え、相安定性に有効な元素であるが、0.
02%を超えて含有すると窒化物を形成し、靭性に有害
であることから、Nの含有量を0.02%以下とした。
【0024】Ca: Caは微量添加することにより熱
間加工性を改善する元素として有効であるが、0.00
1%未満ではその効果が十分でなく、0.010%を超
えると清浄性を損ない熱間加工性が低下するため、Ca
含有量を0.001〜0.010%とした。
間加工性を改善する元素として有効であるが、0.00
1%未満ではその効果が十分でなく、0.010%を超
えると清浄性を損ない熱間加工性が低下するため、Ca
含有量を0.001〜0.010%とした。
【0025】Mg: Mgは微量添加することにより熱
間加工性を改善する元素として有効であるが、0.05
%を超えると熱間加工性を低下させるため、その含有量
を0.05%以下とした。また、Caと同様の効果を有
するため、無添加の場合も含むことにした。
間加工性を改善する元素として有効であるが、0.05
%を超えると熱間加工性を低下させるため、その含有量
を0.05%以下とした。また、Caと同様の効果を有
するため、無添加の場合も含むことにした。
【0026】Y、La、Ce: 希土類元素であるY、
La、CeはAl2 O3 酸化被膜中に溶け込んで、その
高温酸化に対する一般的耐性を高めるので、これらのう
ち一種以上を含有してもよい。これらが合計で0.07
%を超えて含有すると熱間加工性を害するので、これら
含有量を合計量で0.07%以下とした。また、これら
は必要に応じて添加されるものであるから、無添加の場
合も含むことにした。
La、CeはAl2 O3 酸化被膜中に溶け込んで、その
高温酸化に対する一般的耐性を高めるので、これらのう
ち一種以上を含有してもよい。これらが合計で0.07
%を超えて含有すると熱間加工性を害するので、これら
含有量を合計量で0.07%以下とした。また、これら
は必要に応じて添加されるものであるから、無添加の場
合も含むことにした。
【0027】T、V、Nb: T、V、Nbは、炭窒化
物として微細に分散析出し、もって高温強度の改善に寄
与するが、それぞれ0.01%以下ではその効果が十分
ではない。また、過剰に添加すると、溶体化熱処理後に
未固溶のTi、V、Nbの炭窒化物の量が増加し高温強
度を害するようになり、さらに溶接性も低下させること
になるので、これらの含有量をTi:0.01〜0.5
%、V:0.01〜1.0%、Nb:0.01〜1.0
%とし、必要に応じてこれらの1種または2種以上含有
させることとした。
物として微細に分散析出し、もって高温強度の改善に寄
与するが、それぞれ0.01%以下ではその効果が十分
ではない。また、過剰に添加すると、溶体化熱処理後に
未固溶のTi、V、Nbの炭窒化物の量が増加し高温強
度を害するようになり、さらに溶接性も低下させること
になるので、これらの含有量をTi:0.01〜0.5
%、V:0.01〜1.0%、Nb:0.01〜1.0
%とし、必要に応じてこれらの1種または2種以上含有
させることとした。
【0028】B、Zr: B、Zrは、粒界を強化し高
温強度特性を改善するのに有効な元素であるが、過剰に
添加すると溶製性を劣化させるので、B:0.03%以
下、Zr:0.30%以下とした。また、これらは必要
に応じて添加されるものであるから、無添加の場合も含
むことにした。
温強度特性を改善するのに有効な元素であるが、過剰に
添加すると溶製性を劣化させるので、B:0.03%以
下、Zr:0.30%以下とした。また、これらは必要
に応じて添加されるものであるから、無添加の場合も含
むことにした。
【0029】次に、αの限定理由について説明する。溶
接性に影響を及ぼすオーステナイト相とフェライト相と
の相対的な安定性を決定する主な因子は、Cr当量とN
i当量の関係である。これらはそれぞれ以下のような式
で示される。
接性に影響を及ぼすオーステナイト相とフェライト相と
の相対的な安定性を決定する主な因子は、Cr当量とN
i当量の関係である。これらはそれぞれ以下のような式
で示される。
【0030】Cr当量=1.5Si+Cr+3Al Ni当量=0.5Mn+Ni+30C+30N 本発明者らはこれらCr当量およびNi当量を用いた下
記の(1)式が成り立つときに、溶接部の高温割れ感受
性を極めて低く抑制できることを見出した。したがっ
て、以下の(1)式を満足することを要件とした。
記の(1)式が成り立つときに、溶接部の高温割れ感受
性を極めて低く抑制できることを見出した。したがっ
て、以下の(1)式を満足することを要件とした。
【0031】 α=(1.5Si+Cr+3Al )−(0.5Mn +Ni+30C +30N )>5 …(1) なお、熱間加工性の観点からは、フェライト相に対する
オーステナイト相の安定性を過剰に低めると、圧延時の
鋼板端部の割れ感受性を高めてしまうことになるため、
(1)式の左辺の値ができるだけ小さくなるような成分
系とすることが好ましい。
オーステナイト相の安定性を過剰に低めると、圧延時の
鋼板端部の割れ感受性を高めてしまうことになるため、
(1)式の左辺の値ができるだけ小さくなるような成分
系とすることが好ましい。
【0032】なお、上記のように規定される本発明のオ
ーステナイト系ステンレス鋼は、所定の成分を所定量、
単体または母合金の形で含有した状態で溶解され、その
後、鋳造、熱間圧延等の通常の工程により所望の形状に
形成される。
ーステナイト系ステンレス鋼は、所定の成分を所定量、
単体または母合金の形で含有した状態で溶解され、その
後、鋳造、熱間圧延等の通常の工程により所望の形状に
形成される。
【0033】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。表1
と表2に本実施例で用いた鋼の化学組成を示す。表1の
No.1からNo.9は上記第1発明の組成範囲を満足
する発明鋼であり、またNo.10からNo.14は上
記第2発明の成分範囲を満足する発明鋼である。一方、
表2のNo.15からNo.30は比較鋼である。両表
中には、(1)式で定義されるαの値も併せて示した。
と表2に本実施例で用いた鋼の化学組成を示す。表1の
No.1からNo.9は上記第1発明の組成範囲を満足
する発明鋼であり、またNo.10からNo.14は上
記第2発明の成分範囲を満足する発明鋼である。一方、
表2のNo.15からNo.30は比較鋼である。両表
中には、(1)式で定義されるαの値も併せて示した。
【0034】
【表1】
【0035】
【表2】
【0036】これらの鋼に対して、900℃での酸化試
験を行った結果を表3と表4に示す。酸化試験は、20
mm×30mm×5mmの腐食試験片を用い、ムライト
管を内管とする環状炉で加熱した。湿度調整システムに
より露点を30℃に加湿・調整した空気中で240時間
均熱後、側壁を水冷した冷却室に移動させて室温まで冷
却した。昇温速度、降温速度の実測値は、それぞれ約1
30℃/min、150℃/minであった。耐酸化性
は、試験終了後の試験片を5%KMnO4 +18%Na
OH水溶液と10%クエン酸2アンモニウム水溶液で脱
スケールした後、重量測定し、試験前の重量に対する酸
化減量で評価した。繰返し数(n数)は各鋼種で3と
し、それらの平均値で評価した。個々の試験片間のばら
つきはおおむね10〜50%以内であった。
験を行った結果を表3と表4に示す。酸化試験は、20
mm×30mm×5mmの腐食試験片を用い、ムライト
管を内管とする環状炉で加熱した。湿度調整システムに
より露点を30℃に加湿・調整した空気中で240時間
均熱後、側壁を水冷した冷却室に移動させて室温まで冷
却した。昇温速度、降温速度の実測値は、それぞれ約1
30℃/min、150℃/minであった。耐酸化性
は、試験終了後の試験片を5%KMnO4 +18%Na
OH水溶液と10%クエン酸2アンモニウム水溶液で脱
スケールした後、重量測定し、試験前の重量に対する酸
化減量で評価した。繰返し数(n数)は各鋼種で3と
し、それらの平均値で評価した。個々の試験片間のばら
つきはおおむね10〜50%以内であった。
【0037】これらの表からわかるように、No.1か
らNo.14の発明鋼は、比較鋼No.15として実験
した汎用の18Cr−8Ni系ステンレス鋼(SUS3
04H)に比べ1/5以下の腐食減量であり、良好な耐
酸化性を示すことが確認された。これは、一定量以上の
AlとCr量を含有することにより、酸化被膜の緻密性
が増し、かつ酸化被膜が安定になり、内部保護性が向上
するためと考えられる。
らNo.14の発明鋼は、比較鋼No.15として実験
した汎用の18Cr−8Ni系ステンレス鋼(SUS3
04H)に比べ1/5以下の腐食減量であり、良好な耐
酸化性を示すことが確認された。これは、一定量以上の
AlとCr量を含有することにより、酸化被膜の緻密性
が増し、かつ酸化被膜が安定になり、内部保護性が向上
するためと考えられる。
【0038】これに対し、比較鋼No.15、No.1
9、No.20はAl量の不足により、また比較鋼N
o.21はCr量の不足により、十分な耐高温酸化性が
得られていない。比較鋼No.22はMnを多量に含む
ことにより、耐高温酸化性が低下しており、結果として
大きな腐食減量を示している。
9、No.20はAl量の不足により、また比較鋼N
o.21はCr量の不足により、十分な耐高温酸化性が
得られていない。比較鋼No.22はMnを多量に含む
ことにより、耐高温酸化性が低下しており、結果として
大きな腐食減量を示している。
【0039】次に、構造部材として使用する場合に問題
となる重要な特性である溶接時の高温割れ感受性を評価
した。この溶接時の高温割れ感受性はバレストレイン試
験により評価した。試験は、ノンフィラーTIGで入熱
18kJ/cmの溶接を模擬しながら、試験片に1.0
%の曲げ歪を与え、冷却後に合計割れ長さを測定するこ
とにより行った。
となる重要な特性である溶接時の高温割れ感受性を評価
した。この溶接時の高温割れ感受性はバレストレイン試
験により評価した。試験は、ノンフィラーTIGで入熱
18kJ/cmの溶接を模擬しながら、試験片に1.0
%の曲げ歪を与え、冷却後に合計割れ長さを測定するこ
とにより行った。
【0040】その結果、本発明鋼では試験後に割れの発
生は認められなかった。これに対して、比較鋼No.1
6およびNo.17はSi量が過剰のため、比較鋼N
o.18はNi量が過剰のため、いずれもフェライト相
が不安定でオーステナイト相が過剰に安定になってお
り、溶接後に割れの発生が認められた。また、比較鋼N
o.23はTi量が過剰なため、比較鋼No.24はV
量が過剰なため、比較鋼No.25はNb量が過剰なた
め、比較鋼No.26はB量が過剰のため、比較鋼N
o.27はZr量が過剰のため、溶接後に割れが認めら
れた。比較鋼No.28、No.29およびNo.30
はαの値が5以下となっているため、溶接後に割れが認
められた。
生は認められなかった。これに対して、比較鋼No.1
6およびNo.17はSi量が過剰のため、比較鋼N
o.18はNi量が過剰のため、いずれもフェライト相
が不安定でオーステナイト相が過剰に安定になってお
り、溶接後に割れの発生が認められた。また、比較鋼N
o.23はTi量が過剰なため、比較鋼No.24はV
量が過剰なため、比較鋼No.25はNb量が過剰なた
め、比較鋼No.26はB量が過剰のため、比較鋼N
o.27はZr量が過剰のため、溶接後に割れが認めら
れた。比較鋼No.28、No.29およびNo.30
はαの値が5以下となっているため、溶接後に割れが認
められた。
【0041】以上の実施例および比較例から明らかなよ
うに、本発明の成分設定によれば、高温での耐酸化性能
の向上を図ることができ、また溶接時の高温割れ感受性
が高くないため溶接性に優れた耐熱性ステンレス鋼を得
ることができることが確認された。
うに、本発明の成分設定によれば、高温での耐酸化性能
の向上を図ることができ、また溶接時の高温割れ感受性
が高くないため溶接性に優れた耐熱性ステンレス鋼を得
ることができることが確認された。
【0042】
【表3】
【0043】
【表4】
【0044】
【発明の効果】本発明によれば、800℃〜1000℃
という非耐圧・非冷却部などの新形式発電プラントに特
徴的な使用条件である繰り返し酸化に耐え得る耐熱性オ
ーステナイト系ステンレス鋼が提供される。しかも従来
の汎用性ステンレス鋼である18Cr−8Ni系ステン
レス鋼より大幅に優れた耐酸化性を有し、溶接構造用と
しては高温割れ感受性が低く作業性の良好な部材の製造
に役立つものである。
という非耐圧・非冷却部などの新形式発電プラントに特
徴的な使用条件である繰り返し酸化に耐え得る耐熱性オ
ーステナイト系ステンレス鋼が提供される。しかも従来
の汎用性ステンレス鋼である18Cr−8Ni系ステン
レス鋼より大幅に優れた耐酸化性を有し、溶接構造用と
しては高温割れ感受性が低く作業性の良好な部材の製造
に役立つものである。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量%で、C:0.12%以下、Si:
1.0%以下、Mn:5.0%以下、P:0.04%以
下、S:0.03%以下、Cr:14%〜22%、N
i:8%〜25%、Al:1.0%〜6.0%、N:
0.02%以下、Ca:0.001%〜0.010%、
Mg:0%〜0.05%(無添加の場合も含む)、Y、
La、Ceを合計含有量として0〜0.07%(無添加
の場合も含む)を含有し、残部がFeおよび不可避不純
物からなり、かつ以下の(1)式を満たすことを特徴と
する溶接構造用耐熱オーステナイト系ステンレス鋼。 α=(1.5Si+Cr+3Al )−(0.5Mn +Ni+30C +30N )>5 …(1) - 【請求項2】 重量%で、C:0.12%以下、Si:
1.0%以下、Mn:5.0%以下、P:0.04%以
下、S:0.03%以下、Cr:14%〜22%、N
i:8%〜25%、Al:1.0%〜6.0%、N:
0.02%以下、Ca:0.001%〜0.010%、
Mg:0%〜0.05%(無添加の場合も含む)、Y、
La、Ceを合計含有量として0〜0.07%(無添加
の場合も含む)を含有し、さらに、Ti:0.01%〜
0.5%、V:0.01%〜1.0%、Nb:0.01
%〜1.0%の1種または2種以上、B:0%〜0.0
3%(無添加の場合も含む)、およびZr:0%〜0.
3%(無添加の場合も含む)を含有し、残部がFeおよ
び不可避不純物からなり、かつ以下の(1)式を満たす
ことを特徴とする溶接構造用耐熱オーステナイト系ステ
ンレス鋼。 α=(1.5Si+Cr+3Al )−(0.5Mn +Ni+30C +30N )>5 …(1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18929996A JPH09324245A (ja) | 1996-04-04 | 1996-07-18 | 溶接構造用耐熱オーステナイト系ステンレス鋼 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8271496 | 1996-04-04 | ||
JP8-82714 | 1996-04-04 | ||
JP18929996A JPH09324245A (ja) | 1996-04-04 | 1996-07-18 | 溶接構造用耐熱オーステナイト系ステンレス鋼 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09324245A true JPH09324245A (ja) | 1997-12-16 |
Family
ID=26423730
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18929996A Pending JPH09324245A (ja) | 1996-04-04 | 1996-07-18 | 溶接構造用耐熱オーステナイト系ステンレス鋼 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09324245A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004043902A (ja) * | 2002-07-12 | 2004-02-12 | Nisshin Steel Co Ltd | 耐水蒸気酸化性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼材 |
JP2020168639A (ja) * | 2019-04-02 | 2020-10-15 | 日本製鉄株式会社 | 溶接継手、及び、その溶接継手の製造に用いられる溶接材料 |
-
1996
- 1996-07-18 JP JP18929996A patent/JPH09324245A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004043902A (ja) * | 2002-07-12 | 2004-02-12 | Nisshin Steel Co Ltd | 耐水蒸気酸化性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼材 |
JP2020168639A (ja) * | 2019-04-02 | 2020-10-15 | 日本製鉄株式会社 | 溶接継手、及び、その溶接継手の製造に用いられる溶接材料 |
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